Việc xây dựng các thiết bị thí nghiệm bao gồm các quá trình thiết kế, chế tạo thiết bị mới, cải tiến, hoàn thiện các thiết bị thí nghiệm đã có sao cho chúng thỏa mãn được các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm đối với các thiết bị thí nghiệm.
a) Yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật
- Tạo ra hiện tượng rõ ràng, điều khiển được các yếu tố tác động. Các số liệu thu thập từ thí nghiệm đảm bảo độ chính xác chấp nhận được ở trường phổ thông.
thọ cao và độ bền chắc.
- Quá trình chế tạo thiết bị thí nghiệm cần áp dụng các thành tựu công nghệ chế tạo mới của khoa học – kĩ thuật.
b) Yêu cầu về mặt sư phạm
- Các thiết bị thí nghiệm cần đơn giản: số chi tiết không nhiều, cấu tạo gọn, ít hỏng, dễ sửa chữa, dễ dàng vận chuyển và bảo quản.
- Cần thiết kế, chế tạo các bộ thí nghiệm Vật lý sao cho có thể làm được nhiều thí nghiệm không chỉ ở một chương, một phần mà còn những phần khác nhau của chương trình Vật lý, không phải chỉ vì lí do kinh tế mà còn cho phép học sinh không tốn nhiều thời gian nghiên cứu tác dụng, cách sử dụng các chi tiết, giúp học sinh dễ dàng thực hiện được các thí nghiệm, tận dụng được thời gian đi sâu nghiên cứu cái mới được đề cập trong trong các thí nghiệm và thấy được sự liên kết được các kiến thức đã học.
- Thời gian chuẩn bị các thí nghiệm không đòi hỏi nhiều, dễ dàng tập hợp, thay đổi các chi tiết, thao tác bằng tay không phức tạp, có thể lắp ráp từng bước và chắc chắn.
- Các thiết bị thí nghiệm có thể được sử dụng ở nhiều giai đoạn của quá trình dạy học: tạo tình huống có vấn đề, hình thành kiến thức mới, củng cố và vận dụng kiến thức.
- Các thiết bị thí nghiệm phải hỗ trợ được quá trình nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh, nhất là trong giai đoạn phát hiện vấn đề cần giải quyết, hỗ trợ việc xây dựng giả thuyết, để kiểm tra giả thuyết hoặc để kiểm tra hệ quả suy được từ giả thuyết.
- Các thiết bị thí nghiệm phải đảm bảo các yêu cầu mĩ thuật: các đường nét, hình khối cân xứng, khối lượng không quá nặng, màu sắc làm nổi bật được các chi tiết quan trọng. Riêng đối với các thiết bị thí nghiệm biểu diễn cần có kích thước đủ lớn, các bộ phận trong thiết bị phải được bố trí sao cho học sinh toàn lớp quan sát được biểu biễn của hiện tượng diễn ra trong thí nghiệm.
Trên cơ sở xác định các yêu cầu của việc xây dựng các thiết bị thí nghiệm, quá trình xây dựng các thiết bị thí nghiệm có thể được tiến hành theo các giai đoạn sau:
- Xác định nội dung các kiến thức, kĩ năng mà học sinh cần có được trong quá trình học tập.
- Xác định các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học nội dung này.
- Tìm hiểu tình hình thực tiễn về các thiết bị thí nghiệm để xác định được hiện nay đã có những thiết bị thí nghiệm nào cho phép tiến hành các thí nghiệm đã xác định? Việc tiến hành các thí nghiệm với những thiết bị thí nghiệm này có những ưu, nhược điểm gì? Có đáp ứng được các yêu cầu đã nêu ở trên không, nhất là yêu cầu đối với việc dạy học phát triển tính tích cực sáng tạo của học sinh.
Giai đoạn nghiên cứu này đi tới kết luận: một số thí nghiệm đã có sẵn và đáp ứng được các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm; cũng đã có một số thiết bị thí nghiệm mà việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm này chưa phát huy được vai trò của chúng với hoạt động nhận thức của học sinh, cần cải tiến hoàn thiện; không có thiết bị thí nghiệm nào để tiến hành một số thí nghiệm đã xác định ở trên.
Đối với trường hợp cần nghiên cứu cải tiến, hoàn thiện các thiết bị thí nghiệm có sẵn (nhưng chưa đáp ứng nhu cầu dạy học) và nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị thí nghiệm mới thì trong cả hai trường hợp, các thiết bị thí nghiệm được chế tạo mới hoặc được cải tiến, hoàn thiện phải đảm bảo được các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm.
- Sản xuất thử thiết bị thí nghiệm, tiến hành nhiều lần các thí nghiệm với thiết bị thí nghiệm, trước hết nhằm đảm bảo thí nghiệm thành công. Sau đó, cần phân tích, đánh giá thiết bị thí nghiệm này để điều chỉnh thiết kế sao cho thiết bị có thể đạt được tối đa các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm.
- Đưa thiết bị thí nghiệm đã đề xuất vào dạy thực nghiệm sư phạm để tiếp tục xác định những khó khăn, hạn chế trong quá trình sử dụng nhằm bổ sung hoàn chỉnh thiết bị thí nghiệm.
- Sản xuất thiết bị mẫu, soạn tài liệu hướng dẫn, trình Bộ giáo dục và đào tạo duyệt để có thể sản xuất hàng loạt và trang bị cho các trường phổ thông.